CN116742890A - 包括行星齿轮组的集成轴向磁通电动机组件 - Google Patents

Abstract

一种轴向磁通电动机包括：环形定子、环形转子和行星齿轮组。环形定子包括定子芯和布置在定子芯上的段，其中每个段包括层叠堆叠和缠绕在层叠堆叠周围的绕组。环形转子限定内部开口区域并且包括主体和布置在主体上的、与所述段相邻并与所述段间隔开的永磁体。行星齿轮组设置在内部开口区域内并且构造成从转子接收输入扭矩并提供大于输入扭矩的输出扭矩。

Description

包括行星齿轮组的集成轴向磁通电动机组件

技术领域

本发明涉及轴向磁通电动机组件。

背景技术

本节中提供的信息是为了大体上介绍本公开的背景的目的。在本节中描述的程度范围内，当前署名的发明人的工作以及在提交时可能不构成现有技术的描述的方面，既不明确地也不隐含地承认为对抗本公开的现有技术。

电动机通过产生扭矩将电能转化为机械功，而发电机将机械功转化为电能。电动车辆和混合动力车辆使用电动机/发电机，诸如感应和永磁体电动机/发电机来推进和捕获制动能量。尽管本文主要提及电动机，但本文描述的原理也适用于发电机。

电动机可以包括转子和定子。转子包括永磁体并且相对于定子旋转。转子通过气隙与定子隔开。定子包括以导线绕组形式的导体。当电流通过导线绕组时，会产生具有相关磁通量的磁场。由于磁场作用在转子的永磁体上，功率通过气隙传递。结果，电能转化为机械能以旋转转子。在电动车辆中，转子可用于经由旋转轴传递扭矩，该旋转轴通过齿轮组连接到转子以驱动车辆的车轮。

两种类型的电动机是径向磁通电动机和轴向磁通电动机。在径向磁通电动机中，转子和定子通常位于同心或嵌套构造中，使得当定子通电时，产生从定子径向延伸到转子的磁通量。定子的导电绕组通常平行于旋转轴线布置，从而产生磁场，该磁场沿转子轴从旋转轴线沿径向方向定向。在轴向磁通电动机中，平行于旋转轴线的磁场由对应定子的导电线绕组产生。在轴向磁通电动机中产生的磁通量平行于转子轴的旋转轴线延伸。轴向磁通电动机往往比径向磁通电动机更小、更轻，并且产生更多的功率。

发明内容

公开了一种轴向磁通电动机，包括：环形定子，包括定子芯和设置在定子芯上的段，其中每个段包括层叠堆叠和缠绕在层叠堆叠周围的绕组；环形转子，其限定内部开口区域并包括主体和布置在所述主体上的、与所述段相邻并与所述段间隔开的永磁体；以及行星齿轮组，其设置在内部开口区域内并构造为接收来自转子的输入扭矩并提供大于输入扭矩的输出扭矩。

在其他特征中，环形定子的内径与环形定子的外径之比大于0.6。

在其他特征中，环形转子的内径与环形转子的外径之比大于0.6。

在其他特征中，每个层叠堆叠都具有层叠层。至少以下之一：至少一个层叠堆叠的层叠层具有相同的尺寸；或者一个或多个层叠堆叠的径向横截面是矩形的。

在其他特征中，轴向磁通电动机进一步包括壳体，该壳体包括笼架，该笼架构造成将定子相对于壳体保持在固定位置。

在其他特征中，层叠堆叠的每一层包括3.2%的硅钢。

在其他特征中，行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。太阳齿轮被固定到和/或连接到轴向磁通电动机的壳体。行星齿轮被构造成围绕太阳齿轮旋转并且经由托架和轴承联接到输出轴。环形齿轮联接到转子。

在其他特征中，轴向磁通电动机进一步包括壳体、制动器和离合器。行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。太阳齿轮经由制动器与壳体连接，并经由离合器与输出轴连接。行星齿轮被构造成围绕太阳齿轮旋转并且经由托架和轴承联接到输出轴。环形齿轮联接到转子。

在其他特征中，行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。太阳齿轮连接到输出轴。行星齿轮被构造成围绕太阳齿轮旋转并且经由托架和轴承联接到转子。环形齿轮被固定到和/或连接到轴向磁通电动机的壳体。

在其他特征中，轴向磁通电动机进一步包括壳体、制动器和离合器。行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。太阳齿轮连接到输出轴并且经由离合器和轴承连接到行星齿轮。行星齿轮被构造成围绕太阳齿轮旋转并且经由托架和轴承联接到转子。环形齿轮经由制动器连接到轴向磁通电动机的壳体。

在其他特征中，行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。太阳齿轮被固定到和/或连接到轴向磁通电动机的壳体。行星齿轮被构造成围绕太阳齿轮旋转并且经由第一托架和轴承联接到转子。环形齿轮经由第二托架连接到输出轴。

在其他特征中，轴向磁通电动机进一步包括壳体、制动器和离合器。行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。太阳齿轮经由制动器连接到轴向磁通电动机的壳体并且经由离合器连接到第一托架。行星齿轮被构造成围绕太阳齿轮旋转并且经由第二托架和轴承联接到转子。环形齿轮经由第三托架连接到输出轴。

在其他特征中，公开了一种轴向磁通电动机，其包括：环形定子，其包括限定第一内部开口区域的多个段；环形转子，其限定第二内部开口区域并且包括与所述段相邻并与所述段间隔开的永磁体，其中所述环形转子被构造为围绕延伸穿过第一内部开口区域和第二内部开口区域的中心的中心轴线旋转；以及行星齿轮组，其设置在内部开口区域内并构造为接收来自转子的输入扭矩并提供大于输入扭矩的输出扭矩。

在其他特征中，行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。太阳齿轮固定到轴向磁通电动机的壳体。环形齿轮连接到输出轴并提供输出扭矩。

在其他特征中，行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。环形齿轮固定到轴向磁通电动机的壳体。太阳齿轮连接到输出轴并提供输出扭矩。

在其他特征中，行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。太阳齿轮或环形齿轮经由制动器连接到轴向磁通电动机的壳体。

在其他特征中，行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。太阳齿轮或环形齿轮经由离合器连接到输出轴。

在其他特征中，行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。环形齿轮或行星齿轮联接到转子。

在其他特征中，行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。太阳齿轮经由离合器连接到行星齿轮。

在其他特征中，行星齿轮组包括太阳齿轮、行星齿轮和环形齿轮。太阳齿轮经由连接件连接到制动器或轴向磁通电动机的壳体。行星齿轮经由围绕连接件旋转的托架联接到转子。

根据详细描述、权利要求和附图，本公开的其他应用领域将变得明显。详细描述和特定示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

通过详细描述和附图，将更加全面地理解本公开，其中：

图1A是根据本公开的包括单速行星齿轮组的轴向磁通电动机组件的一部分的示例的前端视图；

图1B是图1A的轴向磁通电动机组件的该部分的侧视横截面视图；

图2是根据本公开的轴向磁通电动机组件的示例定子、示例转子和示例行星齿轮组的透视图；

图3是根据本公开的轴向磁通电动机组件的一部分的横截面视图；

图4A是根据本公开的包括双速行星齿轮组的轴向磁通电动机组件的一部分的示例的前端视图，该双速行星齿轮组具有固定到转子的环形齿轮；

图4B是图4A的轴向磁通电动机组件的该部分的侧视横截面视图；

图5A是根据本公开的轴向磁通电动机组件的一部分的示例的前端视图，该组件包括具有固定到转子的托架和提供电机输出扭矩的太阳齿轮的单速行星齿轮组；

图5B是图5A的轴向磁通电动机组件的该部分的侧视横截面视图；

图6A是根据本公开的轴向磁通电动机组件的一部分的示例的前端视图，该组件包括双速行星齿轮组，该行星齿轮组具有固定到转子的托架和提供电机输出扭矩的太阳齿轮；

图6B是图6A的轴向磁通电动机组件的该部分的侧视横截面视图；

图7A是根据本公开的轴向磁通电动机组件的一部分的示例的前端视图，该组件包括具有固定到转子的托架和提供电机输出扭矩的环形齿轮的单速行星齿轮组；

图7B是图7A的轴向磁通电动机组件的该部分的侧视横截面视图；

图8A是根据本公开的轴向磁通电动机组件的一部分的示例的前端视图，该组件包括双速行星齿轮组，该行星齿轮组具有固定到转子的托架和提供电机输出扭矩的环形齿轮；

图8B是图8A的轴向磁通电动机组件的该部分的侧视横截面视图；

图9是包括根据本公开的轴向磁通电动机组件的车辆的一部分的俯视图；以及

图10是包括根据本公开的轴向磁通电动机组件的车辆系统的功能框图。

在附图中，附图标记可以被重复使用以标识相似和/或相同的元件。

具体实施方式

轴向磁通电动机可以包括定子和一个或多个转子。定子可包括定子芯，该定子芯包括定子芯段（本文称为“段”），导电绕组（或缠绕的导线）缠绕在该定子芯段上。定子芯段可以部分地或完全地由钢合金形成。所述段可以是梯形的并且至少部分地由软磁复合（SMC）材料和/或铁磁材料形成。

由SMC材料形成的段可以具有覆盖有电绝缘层的表面。SMC材料可以是SMC粉末的形式并且包括具有能够使用冲压机模制成预定形状的细颗粒的铁粉。该颗粒可以涂有绝缘材料。冲压机引入的压力使颗粒结合在一起。这些粉末通过压制或固结被固结形成软磁部件。由SMC材料制成的定子往往表现出高涡流损耗。

定子的段可以由磁性材料的层叠层形成，每个磁性材料层叠层包括铁磁材料，诸如磁钢。每一层的铁磁材料可以通过绝缘涂层彼此隔离。作为一个示例，每个层可以包括涂有绝缘和/或介电材料的磁性材料层。绝缘材料设置在两个相邻的磁性材料层之间。层叠层可以是层叠钢板，这些层叠钢板在制造过程中相互堆叠、压制、冲压、退火和/或粘合以形成层叠定子芯齿。当组装多个层叠定子芯齿时，这些齿提供可磁化极。

混合段包括SMC材料和层叠磁钢堆叠层（称为层叠分层块）两者。各段的层叠含量越多、芯损越少，电机的运行效率就越好。包括混合段的定子可以包括具有三角形横截面（或三角形端视图）的段。定子通常具有较低的内径（I.D.）与外径（O.D.）的比率（例如，小于0.6）。

包括具有三角形横截面（或三角形端视图）的层叠堆叠的段往往难以制造且制造昂贵，因为每个段的各层的尺寸从内径到外径增加。最内层具有最小表面积，最外层具有最大表面积。一个段可以包括从内径到外径堆叠的数百个层叠层。

本文阐述的示例包括轴向磁通电动机组件，包括（i）具有环形的转子和定子的轴向磁通电动机，该转子和定子具有大的内径与外径比（例如，大于0.6），和（ii）集成的行星齿轮组。转子具有较大的内径，可容纳内部安装的行星齿轮组，与没有行星齿轮组的传统轴向磁通电动机相比，它可以提供增大的输出扭矩。包括行星齿轮组允许减小永磁体的尺寸，这允许增加转子的内径与外径比。此外，能够减小定子的段的尺寸，并且这些段的横截面（或端视图）的形状可以是矩形或正方形的。每个段的层具有相同的尺寸和形状，从而降低了制造成本。在一个实施例中，定子的所有段的所有层具有相同的长度、宽度和深度尺寸。在另一个实施例中，定子的一些段具有相同的长度、宽度和深度尺寸。

在另一个实施例中，提供了一种定子，其包括一个或多个第一段和一个或多个第二段。一个或多个第一段具有具有相同长度、宽度和深度尺寸的层。一个或多个第二段具有具有相同长度、宽度和深度尺寸的层。一个或多个第一段的尺寸具有与一个或多个第二段不同尺寸的层。

示例包括单速和双速实施例。单速实施例包括固定的太阳齿轮或行星齿轮。双速实施例包括离合器和制动器以提供不同的传动比。

图1A-1B示出了轴向磁通电动机组件的一部分100，包括在转子104的内部开口区域内实施的单速行星齿轮组102。转子104包括环形（或环状）主体106和安装在环形主体106上的永磁体108。行星齿轮组102从转子104接收输入扭矩并提供大于输入扭矩的输出扭矩。行星齿轮组102包括太阳齿轮110、行星齿轮（例如，三个行星齿轮）112和环形齿轮114。

在该示例中，太阳齿轮110经由连接件122固定到例如壳体120。行星齿轮112在轴承123上并围绕太阳齿轮110旋转。行星齿轮112包括与太阳齿轮110的径向向外延伸的齿啮合的径向向外延伸的齿。托架124附接到行星齿轮112并且包括输出端126，其基于由行星齿轮组102提供的传动比输出扭矩。该传动比是转子104的速度相对于托架124和输出端126的速度。在所示示例中，托架124包括连接到行星齿轮112的轴承123的环。

环形齿轮114联接到转子104并且围绕行星齿轮112和太阳齿轮110旋转。环形齿轮114具有与行星齿轮112的齿啮合的向内延伸的齿。环形齿轮114可以刚性地固定到转子104和/或整体形成为转子104的一部分。在一个实施例中，环形齿轮114经由花键连接和/或齿联接到转子104。环形齿轮114以与转子104相同的速度旋转。

转子104具有内径ID和外径OD。内径与外径之比大于0.6。在一个实施例中，该比率在0.6至0.9之间（或大于0.6并且小于或等于0.9）。在另一个实施例中，该比率在0.7至0.9±0.05之间。本文公开的其他转子可具有相同或相似的内径与外径比。

图2示出了轴向磁通电动机组件的示例定子200、示例转子202和示例行星齿轮组204。转子202限定了行星齿轮组204设置在其中的第一内部开口区域205。行星齿轮组204包括环形齿轮206、行星齿轮208和太阳齿轮210。行星齿轮208的轴承（图2中未示出）经由托架212连接。尽管行星齿轮组204被示为具有四个行星齿轮，但行星齿轮组可包括不同数量的行星齿轮（例如，三个行星齿轮）。在图2-3中，转子202、环形齿轮206、行星齿轮208和太阳齿轮210未示出为具有齿。然而，这些齿轮中的每一个都可以具有齿，如针对本文公开的本实施例和其他实施例的进一步描述。如图所示，环形齿轮206可以整体形成为转子202的主体的一部分，或者可以连接到转子202的主体。转子202包括永磁体220。

定子200包括段230，其限定第二内部开口区域231并且包括层叠堆叠232和缠绕在层叠堆叠232周围的导线234。许多绕组围绕每个层叠堆叠232缠绕。每个层叠堆叠包括多个层叠层，其中一个层叠堆叠的一些层被标明为236。在所示的示例中，每个层叠堆叠232的层具有相同的尺寸。在一个实施例中，层叠堆叠232的所有层都具有相同的尺寸。层叠堆叠232的侧面可以是正方形或矩形的。绕组限定了由层叠堆叠232填充的正方形或矩形区域。正方形框238被示为作为一个示例突出显示层叠堆叠232中的一个的正方形。永磁体220也可以是正方形或矩形的，并且可以具有与层叠堆叠232和/或段230相同或相似的径向外部横截面尺寸。

尽管显示为具有相同的尺寸，但层叠堆叠232可以具有不同的尺寸。层叠堆叠232的每一层可由硅钢（例如，6.5％的硅钢或3.2％的硅钢）形成。6.5%硅钢包括高达6.5%的硅和93.5%或更多的铁。3.2%硅钢包括高达3.2%的硅和96.8%或更多的铁。百分比可以指质量百分比或质量/体积百分比。

定子200具有内径ID和外径OD。内径与外径之比大于0.6。在一个实施例中，该比率在0.6至0.9之间（或大于0.6并且小于或等于0.9）。在另一个实施例中，该比率在0.7至0.9±0.05之间。本文公开的其他转子可具有相同或相似的内径与外径比。

图3示出了轴向磁通电动机组件的一部分300，其包括位于壳体308内的定子302和转子304、306。定子302可以与图2的定子200类似地构造。转子304、306可以与图2的转子202类似地构造。行星齿轮组310可以在转子304、306中的一个内实施。行星齿轮组310包括太阳齿轮312、行星齿轮314和环形齿轮316。行星齿轮314的轴承（图3中未示出）可以连接到托架318。行星齿轮组310可以与本文公开的任何行星齿轮组类似地构造。如图3所示，太阳齿轮312可以经由输出轴320提供输出扭矩。

壳体308可包括径向向内延伸的凸缘330，定子302在凸缘330之间保持在适当位置。凸缘330可以统称为笼架并且具有如图所示的开口，层叠堆叠332在这些开口中接合并锁定就位。转子306包括永磁体340，永磁体340设置在（i）转子306的环形体342和（ii）定子302之间。

本文公开的示例适用于这种类型的轴向磁通电动机和其他轴向磁通电动机。例如，虽然示出了两个转子，但是轴向磁通电动机可以包括一个或多个转子。两个转子306都是环形的，具有居中设置的开口350。行星齿轮组310设置在开口中并且输出轴320限定旋转轴线352，转子306、环形齿轮316、行星齿轮314和/或太阳齿轮312围绕该旋转轴线旋转。旋转轴线352可沿输出轴320的纵向中心线延伸和/或包括输出轴320的纵向中心线。

定子302相对于壳体308固定且静止，而转子306在操作期间与输出轴320一起旋转。在（i）永磁体340与（ii）层叠堆叠332和凸缘330之间存在气隙。

尽管轴向磁通电动机被示出具有中心单个定子302和两个外部转子306，但是本文公开的示例也适用于其他构造。一些示例轴向磁通电动机构造包括（i）两个定子和单个转子，或（ii）单个定子和两个或更多个转子。轴向电动机可以包括各自的壳体，并且对应的转子、定子和轴可以设置在壳体内。壳体可以固定到车辆框架，并且轴可以联接到对应车辆的一个或多个车轴、齿轮箱（例如，减速齿轮箱）、另一个轴等。

定子302包括定子芯，该定子芯包括定子芯段（本文称为“段”），导电绕组（或缠绕的导线）缠绕在该定子芯段上。绕组是导电的并且可以包括铜、铜合金和/或其他导电材料。导电绕组被构造为在施加电流以与永磁体340的磁场相互作用时产生磁场。定子302的不同区域可以被选择性地通电以在转子306上施加旋转力，从而致使转子306相对于旋转轴线352旋转。

轴向磁通电动机提供高扭矩输出，因此适用于高扭矩应用，包括使用在电动或混合动力车辆中。在这样的变型中，包围电动机的壳体可以附接到车辆框架，并且来自输出轴320的一端的至少一个输出端可以联接到减速齿轮箱或直接联接到车辆驱动轮。

图4A-4B示出了与图1的部分100相似的轴向磁通电动机组件的一部分400。轴向磁通电动机组件包括在转子404的内部开口区域内实施的双速行星齿轮组402。转子404包括环形（或环状）主体406和安装在环形主体406上的永磁体408。行星齿轮组402从转子404接收输入扭矩并提供大于输入扭矩的输出扭矩。行星齿轮组402包括太阳齿轮410、行星齿轮（例如，三个行星齿轮）412和环形齿轮414。环形齿轮414固定在转子404上。

太阳齿轮410连接到制动器B1，制动器B1继而连接到壳体420。太阳齿轮410还经由离合器C1连接到输出端426。太阳齿轮410在轴承421上旋转。行星齿轮412在轴承423上并围绕太阳齿轮110旋转。行星齿轮112包括与太阳齿轮410的径向向外延伸的齿啮合的径向向外延伸的齿。托架424附接到行星齿轮412的轴承423并且包括输出端426，其基于由行星齿轮组402提供的传动比输出扭矩。该传动比是转子404的速度相对于托架424和输出端426的速度。在所示示例中，托架424包括连接到行星齿轮412的轴承423的环。

环形齿轮414联接到转子404并且围绕行星齿轮412和太阳齿轮410旋转。环形齿轮414具有与行星齿轮412的齿啮合的向内延伸的齿。环形齿轮414可以刚性地固定到转子404和/或整体形成为转子104的一部分。在一个实施例中，环形齿轮414经由花键连接和/或齿联接到转子404。环形齿轮414以与转子404相同的速度旋转。

	C1	B1
			第一档		X
第二档	X

表1——图4的行星齿轮组的状态。

表1确定了行星齿轮组402的两种状态，它们通过接合制动器B1或离合器C1来提供。接合制动器B1或离合器C1中的任一个，而不是两者。当接合制动器B1时，行星齿轮组402处于具有第一传动比的第一档。当制动器B1被完全接合时，太阳齿轮410固定到壳体420。第一档与低速高输出扭矩范围相关。当接合离合器C1时，行星齿轮组402处于具有第二传动比的第二档。当完全接合离合器C1时，太阳齿轮410的轴承421固定到托架424和输出端426。与第一档相比，第二档与更高的速度和更低的输出扭矩相关联。

制动器B1可以是二元式制动器。离合器C1可以是二元式离合器、低损耗离合器、摩擦片式离合器和/或爪形离合器。二元离合器指的是要么完全分离要么完全接合的离合器。摩擦片式离合器是指速度上具有无限可变性并且可以在变得完全接合之前同步速度的离合器。本文提及的其他制动器和离合器可以与制动器B1和离合器C1类似地构造。

图5A-5B示出了轴向磁通电动机组件的一部分500，其包括在转子504的内部开口区域内实施的单速行星齿轮组502。转子504包括环形（或环状）主体506和安装在环形主体506上的永磁体508。行星齿轮组502从转子504接收输入扭矩并提供大于输入扭矩的输出扭矩。行星齿轮组502包括太阳齿轮510、行星齿轮（例如，三个行星齿轮）512和环形齿轮514。

在该示例中，太阳齿轮510被固定到输出轴526并且由轴承521上的行星齿轮512旋转以提供输出扭矩。环形齿轮514经由第二托架522固定到壳体520。行星齿轮512在轴承523上并围绕太阳齿轮510旋转。行星齿轮512包括与太阳齿轮510的径向向外延伸的齿啮合的径向向外延伸的齿。托架524连接到行星齿轮512的轴承523并固定到转子504。在所示示例中，托架524包括连接到行星齿轮512的轴承523的环。托架524可以分为两部分；将转子504连接到行星齿轮512的第一部分，和将行星齿轮512连接到离合器C1的第二部分。行星齿轮组502提供了为转子504的速度相对于托架524和输出轴526的速度的传动比。

环形齿轮514不联接到转子504并且不围绕行星齿轮512和太阳齿轮510旋转。环形齿轮514具有与行星齿轮512的齿啮合的向内延伸的齿。

图6A-6B示出了与图5的部分500相似的轴向磁通电动机组件的一部分600。轴向磁通电动机组件包括在转子604的内部开口区域内实施的双速行星齿轮组602。转子604包括环形（或环状）主体606和安装在环形主体606上的永磁体608。行星齿轮组602从转子604接收输入扭矩并提供大于输入扭矩的输出扭矩。行星齿轮组602包括太阳齿轮610、行星齿轮（例如，三个行星齿轮）612和环形齿轮614。

在该示例中，太阳齿轮610被固定到输出轴626并且由轴承621上的行星齿轮612旋转以提供输出扭矩。环形齿轮614经由制动器B1连接到壳体620。行星齿轮612在轴承623上并围绕太阳齿轮610旋转。行星齿轮612包括与太阳齿轮610的径向向外延伸的齿啮合的径向向外延伸的齿。托架624连接到行星齿轮612的轴承623并固定到转子604。在所示示例中，托架624包括连接到行星齿轮612的轴承623的环。托架624可以分为两部分；将转子604连接到行星齿轮612的第一部分，和将行星齿轮612连接到离合器C1的第二部分。行星齿轮组602提供了为转子604的速度相对于托架624和输出轴626的速度的传动比。

环形齿轮614不联接到转子604并且不围绕行星齿轮612和太阳齿轮610旋转。环形齿轮614具有与行星齿轮612的齿啮合的向内延伸的齿。

	C1	B1
			第一档	X
第二档		X

表2——图6的行星齿轮组的状态。

表2确定了行星齿轮组602的两种状态，它们通过接合制动器B1或离合器C1来提供。接合制动器B1或离合器C1中的任一个，而不是两者。当接合离合器C1时，行星齿轮组602处于具有第一传动比的第一档。第一档与低速高输出扭矩范围相关。环形齿轮614不固定到壳体620，而是经由第二托架625连接到制动器B1。当离合器C1被完全接合时，太阳齿轮610固定到行星齿轮612和托架624。当接合离合器时，转子速度等于输出轴626的输出速度。当接合制动器B1时，行星齿轮组602处于具有第一传动比的第二档。当制动器B1被完全接合时，环形齿轮614固定到壳体620。与第一档相比，第二档与更高的速度和更低的输出扭矩相关联。

图7A-7B示出了轴向磁通电动机组件的一部分700，包括在转子704的内部开口区域内实施的单速行星齿轮组702。转子704包括环形（或环状）主体706和安装在环形主体706上的永磁体708。行星齿轮组702从转子704接收输入扭矩并提供大于输入扭矩的输出扭矩。行星齿轮组702包括太阳齿轮710、行星齿轮（例如，三个行星齿轮）712和环形齿轮714。

在该示例中，太阳齿轮710经由连接件722固定到壳体720，并由行星齿轮712在轴承721上旋转。环形齿轮714经由托架724固定到输出轴726并且提供电机输出扭矩。行星齿轮712在轴承723上并围绕太阳齿轮710旋转。行星齿轮712包括与太阳齿轮710的径向向外延伸的齿啮合的径向向外延伸的齿。行星齿轮712经由第二托架725固定在转子704上。在所示示例中，第二托架725包括连接到行星齿轮712的轴承723的环。第二托架725包括中空轴727，连接件722穿过该中空轴727。连接件722不连接到中空轴727。行星齿轮组702提供了为转子704的速度相对于托架724和输出轴726的速度的传动比。

环形齿轮714不联接到转子704，并且围绕行星齿轮712和太阳齿轮710旋转。环形齿轮714具有与行星齿轮712的齿啮合的向内延伸的齿。转子704围绕连接件722旋转并且因此使行星齿轮712围绕太阳齿轮710旋转。

图8A-8B示出了与图7的部分700相似的轴向磁通电动机组件的一部分800。轴向磁通电动机组件包括在转子804的内部开口区域内实施的双速行星齿轮组802。转子804包括环形（或环状）主体806和安装在环形主体806上的永磁体808。行星齿轮组802从转子804接收输入扭矩并提供大于输入扭矩的输出扭矩。行星齿轮组802包括太阳齿轮810、行星齿轮（例如，三个行星齿轮）812和环形齿轮814。

太阳齿轮810经由制动器B1连接到壳体820并且由行星齿轮812在轴承821上旋转。太阳齿轮810还经由离合器C1连接到第一托架824。环形齿轮814经由第二托架825固定到输出轴826并提供电机输出扭矩。

行星齿轮812在轴承823上并围绕太阳齿轮810旋转。行星齿轮812包括与太阳齿轮810的径向向外延伸的齿啮合的径向向外延伸的齿。行星齿轮812经由第三托架827固定到转子804。在所示示例中，托架824和托架827包括连接到行星齿轮812的轴承823的各自环。第二托架825包括中空轴829，连接件831穿过该中空轴829。连接件831不连接到中空轴829，而是将太阳齿轮810连接到制动器B1。行星齿轮组802提供了为转子804的速度相对于输出轴826的速度的传动比。

环形齿轮814不联接到转子804，并且围绕行星齿轮812和太阳齿轮810旋转。环形齿轮814具有与行星齿轮812的齿啮合的向内延伸的齿。转子804围绕连接件831旋转并且因此使行星齿轮812围绕太阳齿轮810旋转。

	C1	B1
			第一档	X
第二档		X

表3——图8的行星齿轮组的状态。

表3确定了行星齿轮组802的两种状态，它们通过接合制动器B1或离合器C1来提供。接合制动器B1或离合器C1中的任一个，而不是两者。当接合离合器C1时，行星齿轮组802处于具有第一传动比的第一档。第一档与低速高输出扭矩范围相关。当离合器C1被完全接合时，太阳齿轮810固定到行星齿轮812的轴承823并且固定到托架824，并且由于行星齿轮812经由第三托架827连接到转子804，所以太阳齿轮810与转子804一起旋转。当接合离合器时，转子速度等于输出轴826的输出速度。当接合制动器B1时，行星齿轮组802处于具有第一传动比的第二档。当制动器B1被完全接合时，太阳齿轮810固定到壳体820。与第一档相比，第二档与更高的速度和更低的输出扭矩相关联。太阳齿轮810在固定到壳体820时不旋转。

尽管下面描述了车辆示例，但本申请也适用于非车辆实施方式。本申请适用于其他轴向磁通电动机应用。应当理解，这些概念不仅适用于从电能产生机械能的轴向磁通电动机，而且也适用于可以从机械能产生电能的轴向磁通发电机。

图9示出了包括轴向磁通电动机904、905的车辆901的一部分900（称为车辆系统）。车辆系统包括控制模块902，多个轴向磁通电动机904、905，前车轴906，后车轴908、909，用户输入设备910和转向设备（例如，方向盘）912。控制模块902基于扭矩请求控制输出扭矩到车轴906、908的分配。作为一个示例，扭矩请求可以由驾驶员经由用户输入设备910（例如，加速踏板）或经由另一个输入设备，诸如转向角（例如，方向盘的角度）来提供。输出扭矩的分布由虚线916表示，并且来自用户输入设备910和转向设备912的输入由箭头917、918表示。控制模块902可以实施本文公开的算法。在所示示例中，轴向磁通电动机905经由差速分动箱920连接到后车轴908、909。车轴906、908、909连接到驱动轮胎930。

图10示出了车辆1002的车辆系统1000，包括一个或多个轴向磁通电动机1003。车辆系统1000可以与图9的车辆系统类似地操作和/或被类似地构造。车辆系统1000可以包括底盘控制模块1004和扭矩源，诸如一个或多个轴向磁通电动机1003和一个或多个发动机（示出了一个发动机1008）。车辆系统1000可进一步包括车辆传感器1010和存储器1012。底盘控制模块1004可以经由扭矩源控制输出扭矩到车辆1002的车轴的分配。底盘控制模块1004可以控制包括轴向磁通电动机1003和（一个或多个）发动机1008的推进系统1013的操作。

传感器1010可以包括转向传感器1020（例如，方向盘传感器）、车速传感器1022、加速度计1024、加速踏板传感器1026、横摆率传感器1028和其他传感器1030。底盘控制模块1004基于传感器1010的输出来控制扭矩源。

存储器1012可以存储车辆状态1040、轮胎力1042、驾驶员输入1044、致动器约束1046以及其他参数和数据1048。车辆状态1040可以包括纵向力、横向力和垂直力。轮胎力1042可以指示轮胎容量水平。驾驶员输入1044可以指加速踏板位置、方向盘角度和/或其他驾驶员输入。致动器约束1046可以包括扭矩源的最大输出扭矩（或每个扭矩源能够产生多少输出扭矩）。发动机1008可包括起动电机1050、燃料系统1052、点火系统1054和节气门系统1056。

车辆1002可以进一步包括车身控制模块（BCM）1060、远程信息处理模块1062、制动系统1063、导航系统1064、信息娱乐系统1066、空调系统1070、其他致动器1072、其他设备1074、和其他车辆系统和模块1076。模块和系统1004、1060、1062、1064、1066、1070、1076可以经由控制器局域网（CAN）总线1078和/或其他合适的通信接口彼此通信。可以包括电源1080并为BCM 1060和其他系统、模块、设备和/或部件供电。电源1080可以包括一个或多个电池和/或其他电源。

远程信息处理模块1062可以包括收发器1082和远程信息处理控制模块1084。BCM1060可以控制模块和系统1062、1063、1064、1066、1070、1076和其他致动器、设备和系统（例如，致动器1072和设备1074）。这种控制可以基于来自传感器1010的数据。

上述示例允许具有环形转子和定子的更纤薄的轴向电动机构造，该环形转子和定子具有高的内径与外径比并提供高水平的输出扭矩。这些电动机能够提供至少与更大尺寸的传统型轴向磁通电动机一样多的输出扭矩。所公开的轴向磁通电动机具有较小的永磁体和定子段。定子段可以包括层叠堆叠，其具有具有统一尺寸的统一形状的层。与传统的梯形堆叠相比，层叠堆叠提供了高效的操作并且能够容易地批量生产。这些示例提供了带有行星齿轮组的集成轴向磁通电动机，以实现高速输出（高功率密度）和/或多档功能。行星齿轮组布置在转子的内部开放空间中，从而增大可用空间的利用并最小化轴向磁通电动机的整体包封。一些示例包括用于（i）多档操作的多个传动比以及（ii）最小化和/或消除高速下的磁场减弱。

前述描述本质上仅是说明性的，绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以多种形式实现。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应受到如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求之后，其他修改将变得明显。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，可以以不同的顺序（或同时）执行方法内的一个或多个步骤。此外，尽管以上将每一个实施例描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个特征都可以在任何其他实施例中实现和/或与任何其他实施例的特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施例不是互相排斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍在本公开的范围内。

使用各种术语，包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧邻”、“在...顶部”、“在上方”、“在下方”和“设置”，来描述各元件之间（例如，模块，电路元件，半导体层等之间）的空间和功能关系。除非明确地描述为“直接的”，否则在以上公开中描述了第一元件和第二元件之间的关系时，该关系可以为第一元件和第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，但是也可以为在第一元件和第二元件之间存在一个或多个中间元件（在空间上或功能上）的间接关系。如本文中所使用的，短语A、B和C中的至少一者应解释为表示使用非排他性逻辑“或”的逻辑（A或B或C），并且不应解释为表示“A中的至少一个，B中的至少一个和C中的至少一个”。

在附图中，箭头所指的方向（如箭头所示）通常表明了该图示感兴趣的信息流（诸如数据或指令）。例如，当元件A和元件B交换各种信息，但从元件A发送到元件B的信息与图示有关时，箭头可从元件A指向元件B。此单向箭头并不意味着没有其他信息从元件B发送到元件A。此外，对于从元件A发送到元件B的信息，元件B可以向元件A发送对该信息的请求或对该信息的接收确认。

在包括以下定义的本申请中，术语“模块”或术语“控制器”可以被术语“电路”代替。术语“模块”可以指以下项、为以下项的一部分或包括以下项：专用集成电路（ASIC）；数字、模拟或模拟/数字混合离散电路；数字、模拟或模拟/数字混合集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器电路（共享，专用或组）；用于存储由处理器电路执行的代码的存储器电路（共享，专用或组）；提供所述功能的其他合适的硬件部件；或上述的某些或全部的组合，诸如在片上系统中。

模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网（LAN）、互联网、广域网（WAN）或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可以允许负载平衡。在另一个示例中，服务器（也称为远程或云）模块可以代表客户端模块完成某些功能。

如上所使用的术语“代码”可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指程序、例程、功能、类、数据结构和/或对象。术语“共享处理器电路”包含执行多个模块中部分或全部代码的单个处理器电路。术语“组处理器电路”包含一种处理器电路，该处理器电路与其他处理器电路结合，执行来自一个或多个模块中的一些或全部代码。对多个处理器电路的提及包含分立晶粒上的多个处理器电路，单个晶粒上的多个处理器电路，单个处理器电路的多个核，单个处理器电路的多个线程或上述的组合。术语“共享存储器电路”包含一种单存储器电路，该电路存储来自多个模块的部分或全部代码。术语“组存储器电路”包含一种存储器电路，该存储器电路与其他存储器组合，存储来自一个或多个模块的部分或全部代码。

术语“存储器电路”为术语“计算机可读介质”的子集。如本文中所使用的，术语“计算机可读介质”不包含传播通过介质（诸如在载波上）的瞬时电信号或电磁信号；因此，术语“计算机可读介质”可以被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器电路（诸如闪存电路，可擦除可编程只读存储器电路或掩码只读存储器电路），易失性存储器电路（诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路），磁存储介质（诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器）和光存储介质（诸如CD，DVD或蓝光光盘）。

本申请中描述的装置和方法可以由通过配置通用计算机以执行计算机程序中实施的一个或多个特定功能而创建的专用计算机来部分或完全实现。以上描述的功能块、流程图部件和其他元件用作软件规范，通过技术人员或程序员的日常工作可以将它们转换为计算机程序。

计算机程序包括处理器可执行的指令，该处理器可执行的指令存储在至少一种非暂时性有形计算机可读介质上。计算机程序还可以包含或依赖于所存储的数据。所述计算机程序可以包含与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统（BIOS），与专用计算机的特定设备交互的设备驱动程序，一个或多个操作系统，用户应用程序，后台服务，后台应用程序等。

这些计算机程序可以包括：（i）待解析的描述性文本，诸如HTML（超文本标记语言），XML（可扩展标记语言）或JSON（JavaScript对象表示法），（ii）汇编代码，（iii）由编译器从源代码生成的目标代码，（iv）由解释器执行的源代码，（v）由即时编译器进行编译和执行的源代码，等。仅作为示例，源代码可以使用包括以下语言的语言的语法来编写：C、C++、C＃、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5（超文本标记语言第5版）、Ada、ASP（活动服务器页面）、PHP（PHP：超文本预处理器）、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua、MATLAB、SIMULINK和Python®。

Claims (10)

1.一种轴向磁通电动机，包括：

环形定子，所述环形定子包括定子芯和布置在所述定子芯上的多个段，其中，所述多个段的每个包括层叠堆叠和缠绕在所述层叠堆叠周围的绕组；

环形转子，所述环形转子限定内部开口区域并且包括主体和布置在所述主体上的、与所述多个段相邻并与所述多个段间隔开的多个永磁体；以及

行星齿轮组，所述行星齿轮组设置在所述内部开口区域内并且构造成从所述转子接收输入扭矩并提供大于所述输入扭矩的输出扭矩。

2.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，其中，所述环形定子的内径与所述环形定子的外径之比大于0.6。

3.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，其中，所述环形转子的内径与所述环形转子的外径之比大于0.6。

4. 根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，其中：

所述多个层叠堆叠的每个具有多个层叠层；以及

以下中的至少一者：

所述多个层叠堆叠中的至少一个的所述多个层叠层具有相同的尺寸，或

所述多个层叠堆叠中的一个或多个的径向横截面是矩形的。

5.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，进一步包括壳体，所述壳体包括笼架，所述笼架被构造成将所述定子相对于所述壳体保持在固定位置。

6.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，其中，所述多个层叠堆叠的每一层包括3.2%的硅钢。

7.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，其中：

所述行星齿轮组包括太阳齿轮、多个行星齿轮和环形齿轮；

所述太阳齿轮被固定到和/或连接到所述轴向磁通电动机的壳体；

所述多个行星齿轮被构造成围绕所述太阳齿轮旋转并且经由托架和轴承联接到输出轴；以及

所述环形齿轮联接到所述转子。

8.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，进一步包括壳体、制动器和离合器，其中：

所述行星齿轮组包括太阳齿轮、多个行星齿轮和环形齿轮；

所述太阳齿轮经由所述制动器连接到所述壳体，并经由所述离合器连接到输出轴；

所述多个行星齿轮被构造成围绕所述太阳齿轮旋转并且经由托架和轴承联接到所述输出轴；以及

所述环形齿轮联接到所述转子。

9.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，其中：

所述行星齿轮组包括太阳齿轮、多个行星齿轮和环形齿轮；

所述太阳齿轮连接到输出轴；

所述多个行星齿轮被构造成围绕所述太阳齿轮旋转并且经由托架和轴承联接到所述转子；以及

所述环形齿轮被固定到和/或连接到所述轴向磁通电动机的壳体。

10.根据权利要求1所述的轴向磁通电动机，进一步包括壳体、制动器和离合器，其中：

所述行星齿轮组包括太阳齿轮、多个行星齿轮和环形齿轮；

所述太阳齿轮连接到输出轴并且经由所述离合器和轴承连接到所述行星齿轮；

所述多个行星齿轮被构造成围绕所述太阳齿轮旋转并且经由托架和所述轴承联接到所述转子；以及

所述环形齿轮经由所述制动器连接到所述轴向磁通电动机的壳体。